KR20000008249A - 입체 화상 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화상의 입체감을 향상시킴과 아울러 관람 영역이 넓은 비안경 방식의 입체 화상 표시 장치에 관한 것이다.

비안경 방식 입체 화상 표시 장치는 각기 다른 방향별 화상들을 순차적으로 재현하는 적어도 2개 이상의 화상 재현 수단과, 적어도 2 개 이상의 화상 재현 수단에 의해 재현되어진 방향별 화상들을 스크린 상에 결상 시키기 위한 투사 수단과, 적어도 2 개 이상의 화상 재현 수단에 의해 재현되어진 방향별 화상들이 순차적으로 투사 수단 쪽으로 전송되게 하는 화상 절환 수단을 구비한다.

이에 따라, 비안경 방식의 입체 화상 표시 장치는 신호 처리가 용이하고 관람 영역이 넓혀지게 된다.

Description

입체 화상 표시장치 (Apparatus for Displaying 3-Dimension Picture)

본 발명은 대형의 입체 화상을 제공하는 입체 화상 표시장치에 관한 것으로, 특히 관람자가 안경 없이도 대형 입체 화상을 감상하게끔 화상을 확대·표시하는 비안경방식 입체 화상 표시장치에 관한 것이다.

통상의 입체 화상 표시 장치에는 관람자가 편광 안경을 착용하여야만 입체 화상을 감상할 수 있는 안경방식과 관람자가 편광 안경 없이도 입체 화상을 감상할 수 있는 비안경 방식으로 대별된다. 안경 방식의 입체 화상 표시 장치는 단지 두 개의 입체 화상 즉 관람자가 좌측 눈으로만 볼 수 있는 좌안용 화상과 관람자가 우측 눈으로만 볼 수 있는 우안용 화상만을, 스크린에 결상 시키게 된다. 이러한 안경 방식의 입체 화상 표시 장치는 그 구성이 간단함과 아울러 적절한 해상도를 유지할 수 있는 반면에 관람자들이 편광 안경을 착용하여야 하는 불편함을 관람자들에게 부담시키는 단점을 안고 있다. 한편, 비안경 방식의 입체 화상 표시 장치에서는 다수의 방향별 화상들이 특정의 영역에서만 볼 수 있도록 하여 입체 화상을 감상하도록 한다. 이러한 비안경 방식의 입체 화상 표시 장치는 관람자들이 편광 안경을 착용하는 불편함을 해소할 수 있다는 점에서 안경 방식의 입체 화상 표시 장치에 비해 더 많은 호응을 얻고 있는 반면에 화상의 입체감을 향상시킴과 아울러 관람 영역을 넓히기 위하여 가능한 많은 수의 방향별 화상을 마련하여야만 한다. 그러나, 종래의 비안경 방식의 입체 화상 표시 장치에서는 신호 처리의 한계로 인하여 일정한 한계 이상의 방향별 화상을 확보하기 곤란하였다.

6개의 방향별 화상을 사용하는 종래의 비안경 방식의 입체 화상 표시 장치는 도 1과 같다. 흑백 음극선관 (Cathod Ray Tube, 이하 "CRT"라 함)(10)과 아울러 투사 렌즈 사이에 위치한 섹션날 페로일렉트릭 셔터(Sectional Ferroelectric Shutter, 이하 "SFS)가 동기되어 시분할 셔터링됨으로 방향별 화상들이 순차적으로 프레스넬 렌즈 스크린 (Fresnel Lens Screen)(16) 상에 결상돤다. 다시 말하여, 1 프레임 기간 동안 6개의 방향성 화상이 순차적CRT면에 표시되고 이들 화상은 투사 렌즈에 의하여 프레스넬 렌즈 스크린(16) 상에 결상되게 된다. 이때 CRT 면에 표시되는 방향성 화상과 동기되어 SFS가 셔터링됨으로써 관람자는 관람 영역(18)에서 프레스넬 렌즈 스크린(16)에 결상되어진 방향별 화상들을 분리하여 좌우 눈이 인식되어 입체적으로 감상할 수 있게 된다. 칼라 영상 처리는 흑백 CRT에 순차적으로 R,G,B영상 신호를 표시하고 칼라 셔터를 이에 동기 제어하여 시분할로 R,G,B광만을 순차적으로 통과시켜 구현한다. 이와 같은 종래의 비안경 방식의 입체 화상 표시 장치에서는 CRT(10)의 주사 속도의 한계로 인하여 SFS(14)를 거쳐 프레스넬 렌즈 스크린(16)에 결상되는 방향별 화상은 해상도를 축소하여 제어된다. 즉 VGA급의 방향별 화상을 6개를 사용하여 입체를 구성한다면 VGA급 화상의 경우 25 MHz의 밴드폭(bandwidth)를 가지고 있으므로, 6 x 25 MHz = 150 MHz의 밴드폭을 제어할 수 있는 고주파수 신호처리부가 필요하고 60 x 3 x 6= 1080 Hz의 수직 스캔주파수로 제어해야함으로 cost가 상승되고, 또한 SFS가 6개의 section으로 구분되어 있음으로 인하여 관람 영역도 6 x 65mm로 제한되는 단점을 안고있다.

따라서, 본 발명의 목적은 복수개의 액정팬널를 사용함으로써 저주파수대역의 회로 만으로 신호처리가 가능하고, 관람 영역을 넓히기에 적합한 비안경 방식의 입체 화상 표시 장치를 제공함에 있다.

도1 은 종래의 비안경방식 입체 화상 표시장치를 개략적으로 도시하는 도면.

도2 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비안경방식 입체 화상 표시 장치를 개략적으로 도시하는 도면.

도3 은 도2 에서의 액정 표시 패널을 상세하게 도시하는 도면.

도 4는 본 발명에서의 SFS와 띠모양의 편광판 어셈블리를 도시하는 도면

도 5는 본 발명의 동작원리를 도시하는 도면

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

5 : 칼라 시분할 셔터

10 : 흑백CRT

14 : SFS

22C : SFS 16,34 : 프레스넬 렌즈 스크린

18,36 : 관람영역 20 : 조명계

24A 내지 24C : LCD 26A 내지 26C : λ/4 판

28A 내지 28C : 페로일렉트릭 셔터 30 : 원 편광기

32A 내지 32E : 하프 미러

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 비안경 방식 입체 화상 표시 장치는 각기 다른 방향별 화상들을 순차적으로 재현하는 적어도 2개 이상의 화상 재현 수단과, 적어도 2 개 이상의 화상 재현 수단에 의해 재현되어진 방향별 화상들을 스크린 상에 결상시키기 위한 투사 수단과, 적어도 2개 이상의 화상 재현 수단에 의해 재현되어진 방향별 화상들이 순차적으로 투사수단 쪽으로 전송되게 하는 화상 절환 수단을 구비한다.

상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예에 대한 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도2 내지 도5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도2를 참조하면, 조명계(20)와 투사렌즈 사이에 설치되어진 제1 ,제2, 제3 액정 표시기 (Liquid Crystal Display, 이하 "LCD"이라 함)(24A,24B,24C)를 구비하는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비안경 방식 입체 화상 표시 장치가 도시 되어 있다. 각 LCD들(24A,24B,24C) 후면쪽에 각각 λ/4 파장판(26A,26B,26C)가 설치됨과 아울러 전면 쪽에는 각각 페로일렉트릭 액정 셔터(Ferroelectric Liquid Crystal Shutter, 이하 "페로일렉트릭 셔터"라 함)(28A,28B,28C)가 각각 설치되게 된다. 조명계(20)는 LCD들(24A,24B,24C)에 조사되어질 좌회전 편광 (이하, "좌원편광"이라 함)과 우회전 편광 (이하 "우원편광"이라 함)이 포함되어진 광을 발생하게 된다. λ/4 파장판(26A,26B,26C) 각각은 LCD(24A,24B,24C) 쪽으로 입사되어는 원편광을 선편광으로 변환하게 된다. LCD들(24A,24B,24C) 각각은 비디오신호에 따라 투과되는 광량을 조절함으로써 방향별 화상들을 표현하게 된다. 한개의 LCD에는 두개의 방향별 화상이 멀티플렉싱된다. 이를 위하여 LCD들(24A,24B,24C) 각각은 도3 에서와 같이 액정 패널(40)과 마이크로 편광판(42)로 구성되게 된다. 액정 패널(40)의 홀수 스캔 라인(odd scan line)은 우안대응 영상신호, 짝수 스캔 라인(even scan line)은 좌안대응 영상신호가 입력되고 각각의 스캔 라인에 대응되어 편광 방향이 상호 수직인 마이크로 편광판이 대응된다. 제1 마이크로 편광기(P1)는 액정패널(40)로부터의 광을 +45。의 각도로 편광 시키는 반면에 제2 마이크로 편광기(P2)은 액정패널(40)로부터의 광을 -45。의 각도로 편광 시키게 된다. 한편, 페로일렉트릭 셔터들(28A,28B,28C)은 순차적이고 반복적으로 열리게 되어 LCD(24A,24B,24C)에 의해 재현되어진 6개의 방향별 화상들이 1쌍씩 순차적으로 투사렌즈부(22)쪽으로 전송되게 한다. 이에 따라, 한 프레임 또는 1 필드의 화상이 표시되는 기간에 6개의 방향별 화상들이 투사렌즈부(22)에 1쌍씩 3회에 걸쳐 공급되게 된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비안경 방식의 입체 화상 표시장치에는 조명계(20)와 조명계에서 방출되는 광을 2개로 분리하는 선택적 반사형 원편광기 (Circular Polarizer, 30)와, 이 원 편광기(30)와 λ/4 파장판(26C) 사이에 위치한 제1 하프 미러(32A)와, 원 편광기(30)와 λ/4 파장판(26B) 사이에 위치한 제2 하프 미러(32B)가 표함 되어 있다. 원 편광기(30)는 조명계(20)로부터의 원편광을 좌원편광(LCP)과 우원편광(RCP)으로 분리하여 좌원편광(LCP)은 제2 하프 미러(32B) 쪽으로 우원편광(RCP)은 제1 하프 미러(32A)쪽으로 진행시키게 된다. 제1 하프 미러(32A)는 원 편광기(30)로부터의 우원편광이 λ/4 파장판들(26A,26C) 쪽으로 절반씩 공급되게 한다. 제2 하프 미러(32B)는 원 편광기(30)로부터의 좌원편광중 절반만이 λ/4 판(26B)에 공급되게 한다. 결과적으로, 원 편광기(30)와 제1 및 제2 하프 미러(32A,32B)는 조명계(20)로부터의 광이 각 LCD(24A,24B,24C)에 균등하게 조사되게 한다.

나아가, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비안경 방식 입체 화상 표시 장치는 페로일렉트릭 셔터들(28A,28B,28C)과 투사 렌즈부(22) 사이에 배열되어진 제3, 제5 하프 미러들(32C,32E)을 추가로 포함한다. 이들 제3, 제5 하프 미러들(32C,32E)은 페로일렉트릭 셔터들(28A,28B,28C)로부터의 방향별 화상들의 전송 경로를 투사 렌즈부(22) 쪽으로 일치시키게 된다. 이를 상세히 하면, 제3 하프 미러(32C)는 제1 페로일렉트릭 셔터(28A)로부터의 한 쌍의 방향별 화상을 제5 하프 미러(32E) 쪽으로 반사시킴과 아울러 제2 페로일렉트릭 셔터(28B)로부터의 한 쌍의 방향별 화상들은 제5 하프 미러(32E)쪽으로 그대로 투과시킴으로서 제1 및 제2 페로일렉트릭 셔터들(28A,28B)로부터의 2쌍의 방향별 화상들의 전송경로를 일치시키게 된다. 제4 하프 미러(32D)는 제3 페로일렉트릭 셔터(28C)로부터의 한 쌍의 방향별 화상을 제5 하프 미러(32E) 쪽으로 반사시키게 된다. 제5 하프 미러(32E)는 제4 하프 미러(32D)에 의해 반사되어진 한 쌍의 방향별 화상을 투사렌즈부(22)쪽으로 재 반사시키는 한편 제3 하프 미러(32C)로부터의 방향별 화상들을 투사렌즈부(22) 쪽으로 투과시킴으로서 제1 내지 제3 LCD(24A내지24C)에 의해 재현되어진 3쌍의 방향별 화상이 투사렌즈부(22)쪽으로 전송되게 한다.

한편, 투사 렌즈부(22)는 제5 하프 미러(32E)로부터 한 쌍씩 순차적으로 전송되는 방향별 화상들을 프레스넬 렌즈 스크린(34) 상의 해당 위치에 결상한다. 그리고 관람자가 입체 영상을 감상하기 위해서는 좌우눈에 대응되는 영상을 뷴리하여 각각의 좌우눈으로 인식할 필요성이 있다. 이를 위하여, 투사 렌즈부(22)의 조리개 위치에 SFS(22C)를 포함하게 된다. 이때 SFS(22C)에는 도 4에서와같이 띠모양의 편광판(44)이 각각의 셀에 대응되어 부착되어 있으며 인접한 셀의 편광 방향은 상호 수직이며 LCD에 부착되어 마이크로편광판의 방향과일치한다. SFS(22C)는 18개의 페로일렉트릭 셔터들(46)로 구성되어 있으며 이들은 다시 3개의 그룹으로 나뉘어져 동시에 열림,닫힘 상태가 교대로 순차적으로 셔터링함으로써 다수의 방향별 화상들이 프레스넬 렌즈 스크린(34) 상에 순차적으로 확대·결상되게 한다. 이러한 SFS(22C)의 셔터링 동작은 LCD들(24A내지24C) 및 페로일렉트릭 셔터들(28A내지28C)의 동작과의 관계를 도시하는 표1을 통하여 명백하게 알 수 있을 것이다.

표1에서 "0"는 구동 및 열림 상태들을 그리고 "X"는 닫힘 상태를 각각 나타낸다. SFS(22C)는 LCD(24A내지24C)가 초당 60쌍의 방향별 화상을 재현할 경우에 180 Hz로 셔터링되어 초당 360개의 방향별 화상을 프레스넬 렌즈 스크린(34) 상에 결상시키게 된다. 한편 프레스넬 렌즈 스크린(34)은 투사렌즈의 출사동을 관람자의 눈이 있는 관찰 영역에 결상을 시킨다. 이때 상기 표1에서와같이 관람 영역은 수평 방향으로 양안 간격(IPD)만큼의 주기로 방향별 화상이 분리되어 결국 사용자는 안경없이 입체를 감상할 수있다.

도5는 표1의 시간 t1에서의 방향별 화상이 분리 제어되고 있는 모습을 나타내고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비안경 방식의 입체 화상 표시장치에서는 투사렌즈부 앞에서 3개의 LCD에 의해 각각 다른 방향별 화상들이 재현되어 순차적으로 투사렌즈부에 입사됨으로써 종래와같은 고주파수 대역의 신호가 없으므로 제어가 용이하고 SFS의 섹션을 기존에 비하여 3배(18개)로 함으로써 관람영역을 3배 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (9)

1. 각기 다른 방향별 화상들을 순차적으로 재현하는 적어도 2 이상의 화상 재현 수단과,

   상기 적어도 2 이상의 화상 재현 수단에 의해 재현되어진 상기 방향별 화상들을 스크린 상에 결상시키기 위한 투사수단과,

   상기 적어도 2 이상의 화상 재현 수단에 의해 재현되어진 방향별 화상들이 순차적으로 상기 투사수단 쪽으로 전송되게 하는 화상 절환 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 화상 절환 수단이 상기 적어도 2 이상의 화상 재현 수단들 각각의 출사면에 설치되어 순차적이고 반복적으로 셔터링 동작을 수행하는 적어도 2 이상의 셔터들을 구비하는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 적어도 2 이상의 셔터들에 의해 셔터링 되어진 방향별 화상들의 투사수단 쪽으로의 진행경로를 일치시키기 위한 전송경로 합성수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 적어도 2 이상의 화상 재현 수단이 조명계로부터의 광의 투과량을 조절하여 비디오신호에 해당하는 화상을 재현하는 액정표시장치를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 액정표시장치는 2개의 인접한 방향의 방향별 화상을 스캔 라인별로 교대로 멀티플렉싱하여 표시하는것을 특징으로하는 입체화상표시장치
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 액정패널의 방향별 화상에 대응하여 편광 방향이 상호 수직인 마이크로 편광판이 대응되는 것을 특징으로하는 입체화상표시장치
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 투사수단은 조리개 위치에 설치되어진 SFS를 구비하는 것을 특징으로하는 입체화상표시장치
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 SFS는 인접한 섹션과 편광방향이 상호 수직인 띠모양의 편광판을 구비하는 것을 특징으로하는 입체화상표시장치
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 SFS는 사용될 방향별 화상의 정수배에 해당하는 수의 섹션들로 나누어진 것을 특징으로하는 입체화상표시장치.